Astronomové poprvé dokázali kombinovat nejhlubší optické obrazy vesmíru, získané Hubbleovým vesmírným dalekohledem, se stejně ostrými obrazy v blízké infračervené části spektra pomocí sofistikovaného nového systému laserových vodicích hvězd pro adaptivní optiku na observatoři WM Keck na Havaji. Nová pozorování, která byla představena na setkání americké astronomické společnosti (AAS) v San Diegu tento týden, odhalují bezprecedentní podrobnosti o srážení galaxií s masivními černými dírami v jejich jádrech, které byly vidět ve vzdálenosti asi 5 miliard světelných let, když byl vesmír něco přes polovinu současného věku.
Pozorování vzdálených galaxií v infračerveném pásmu odhaluje starší populace hvězd, než jaké lze vidět na optických vlnových délkách, a infračervené světlo také snadněji proniká mraky mezihvězdného prachu než optické světlo. Nové infračervené snímky vzdálených galaxií byly získány týmem vědců z University of California, Santa Cruz, UCLA a W. Keck Observatory. Jason Melbourne, postgraduální student UC Santa Cruz a hlavní autor studie, uvedl, že počáteční zjištění zahrnují určitá překvapení a že vědci budou údaje analyzovat i v následujících týdnech.
"Nikdy jsme nebyli schopni dosáhnout této úrovně prostorového rozlišení v infračervené oblasti," řekl Melbourne.
Kromě Melbourne zahrnuje výzkumný tým pod vedením Davida Koo z UCSC a Jamese Larkina z UCLA Jennifer Lotz, Claire Max a Jerry Nelson v UCSC; Shelley Wright a Matthew Barczys v UCLA; a Antonin H. Bouchez, Jason Chin, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul J. Stomski, Douglas Summers, Marcos A. van Dam a Peter L. Wizinowich na observatoři Keck.
"Poprvé v těchto hlubokých obrazech vesmíru můžeme pokrýt všechny vlnové délky světla od optického po infračervené se stejnou úrovní prostorového rozlišení." To nám umožňuje pozorovat podrobné substruktury ve vzdálených galaxiích a studovat jejich hvězdy, s přesností, kterou bychom jinak nemohli získat, “řekl Koo, profesor astronomie a astrofyziky na UCSC.
Snímky byly získány Wrightem a týmem Keck AO během testování optického systému adaptivní optiky pro vodicí hvězdy na 10 metrů dalekohledu Keck II. Jsou to první snímky vědecké kvality vzdálených galaxií získané novým systémem. Toto je hlavní krok pro Centrum pro adaptivní optiku Treasury Survey (CATS), které bude používat adaptivní optiku k pozorování velkého vzorku slabých, vzdálených galaxií v časném vesmíru, řekl Larkin UCLA.
„Pracovali jsme velmi tvrdě několik let, když jsme data kolem jasných hvězd. Byli jsme však velmi omezeni co do počtu a typů objektů, které můžeme pozorovat. Pouze pomocí laseru můžeme nyní dosáhnout nejbohatších a nejzajímavějších cílů. “ Řekl Larkin.
Adaptivní optika (AO) koriguje rozmazaný efekt atmosféry, který vážně degraduje obrazy viděné pozemními dalekohledy. Systém AO přesně měří toto rozmazání a opravuje obraz pomocí deformovatelného zrcadla, přičemž korekce provádí stokrát za sekundu. K měření rozmazání vyžaduje AO jasný bodový zdroj světla v zorném poli dalekohledu, který může být uměle vytvořen pomocí laseru k excitaci atomů sodíku v horní atmosféře, což způsobí jejich záře. Bez takové laserové naváděcí hvězdy se astronomové museli spoléhat na jasné hvězdy („přirozené naváděcí hvězdy“), což drasticky omezuje, kde lze AO použít na obloze. Kromě toho jsou přírodní vodící hvězdy příliš jasné, aby umožňovaly pozorování velmi slabých vzdálených galaxií ve stejné části oblohy, řekl Koo.
"Příchod laserové vodicí hvězdy v Kecku otevřel oblohu pro adaptivní optická pozorování a nyní můžeme Keck zaměřit na pole, kde již máme úžasné hluboké optické obrazy z Hubbleova kosmického dalekohledu," řekl Koo.
Vzhledem k tomu, že průměr zrcadla Keck Telescope je čtyřikrát větší než u Hubbleova, může nyní získat snímky čtyřikrát ostřejší než Hubble v blízké infračervené oblasti, když je k dispozici systém adaptivní optiky pro laserové vodicí hvězdy k překonání rozmazaných účinků atmosféry.
Snímky prezentované na schůzce AAS byly získány v oblasti oblohy známé jako pole GOODS-South, kde byla již hluboká pozorování provedena Hubbleem, rentgenovou observatoří Chandra a dalšími dalekohledy. Na snímcích je šest slabých galaxií, včetně dvou rentgenových zdrojů identifikovaných Chandrou. Rentgenové emise v kombinaci s narušenou morfologií těchto objektů naznačují nedávnou fúzní aktivitu, uvedl Melbourne. Fúze mohou nalévat velká množství hmoty do středu galaxie a rentgenové emise z galaktického centra naznačují přítomnost masivní černé díry, která aktivně spotřebovává hmotu.
"Jsme si nyní docela jisti, že vidíme galaxie, které prošly nedávnými fúzemi," řekl Melbourne. "Jeden z těchto systémů má dvojité jádro, takže můžete skutečně vidět dvě jádra fúzujících galaxií." Druhý systém je velmi narušen - vypadá to jako vrak vlaku - a je mnohem silnějším zdrojem rentgenového záření. “
Kromě rozsvícení galaktického jádra rentgenovými emisemi mají fúze také tendenci vyvolávat tvorbu nových hvězd šokováním a komprimací mraků plynu. Vědci tak byli překvapeni, když zjistili, že systému s dvojitým jádrem dominují relativně staré hvězdy a nezdá se, že by produkovalo mnoho mladých hvězd.
"Pokud máme pravdu ve scénáři sloučení, pak k této fúzi dochází mezi dvěma galaxiemi, které již vytvořily většinu svých hvězd před miliardami let a neměly na výrobu nových hvězd mnoho plynu," řekl Melbourne.
Pokud další studie ukáže, že tyto objekty jsou společné ještě dále v čase, tato pozorování by mohla pomoci vysvětlit jednu z hlavolamů formování galaxií. Podle převládající teorie hierarchické formování galaxií se velké galaxie vytvářejí po miliardy let sloučením mezi menšími galaxiemi. Protože sloučení spouští tvorbu hvězd, bylo obtížné vysvětlit existenci velmi velkých galaxií, které postrádají významné populace mladých hvězd.
"Jedna myšlenka je, že můžete mít tzv. Suchou fúzi, kdy se dvě galaxie plné starých hvězd, ale málo plynu spojí, aniž by vytvořily mnoho nových hvězd." To, co v tomto objektu vidíme, je v souladu se suchým sloučením, “řekl Melbourne. "Dokonce i při suchém sloučení může být ještě dost plynu, který bude napájet černou díru, produkovat rentgenové emise, ale ne dost, aby poskytl silný výbuch hvězdných hvězd."
Další pozorování na vlnových délkách střední až daleko infračervené, očekávané koncem tohoto roku od Spitzerova kosmického dalekohledu, to mohou pomoci potvrdit. Data Spitzeru poskytnou lepší informace o obsahu prachu v galaxii, což je klíčová proměnná při interpretaci těchto pozorování, uvedl Melbourne.
Adaptivní optický systém laserové vodicí hvězdy byl financován nadací W. Keck Foundation. Systém umělých laserových vodicích hvězd byl vyvinut a integrován ve spolupráci mezi Národní laboratoří Lawrence Livermore a W. Laser byl integrován v Kecku pomocí Dee Pennington, Curtis Brown a Pam Danforth. Infračervená kamera NIRC2 byla vyvinuta technologickým institutem v Kalifornii, UCLA a observatoř Keck. Observatoř Keck je provozována jako vědecké partnerství mezi CalTech, University of California a National Aeronautics and Space Administration.
Tuto práci podpořilo Centrum pro adaptivní optiku, vědecké a technologické středisko Národní vědecké nadace spravované UC Santa Cruz.
Původní zdroj: Keck News Release
